TUGAS AKHIR STUDI PENGARUH PERLAKUAN PANAS TERHADAP STRUKTUR MIKRO DAN SIFAT MEKANIS BAJA SKD-11 YANG DIGUNAKAN PADA KOMPONEN STUD PIN WINDER Disusun Sebagai Syarat Untuk Mencapai Gelar Sarjana Teknik Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Muhammadiyah Surakarta Disusun Oleh: RIZKI BIMO AJI D200100098 Pembimbing: Tri Widodo Besar Riyadi, ST, M.Sc, Ph.D JURUSAN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH SURAKARTA Oktober 2015
PERNYATAAN KEASLIAN SKRIPSI Saya menyatakan sesungguhnya bahwa skripsi dengan judul STUDI PENGARUH PERLAKUAN PANAS TERHADAP STRUKTUR MIKRO DAN SIFAT MEKANIS BAJA SKD-11 YANG DIGUNAKAN PADA KOMPONEN STUD PIN WINDER yang dibuat untuk memenuhi sebagian syarat memperoleh gelar sarjana S1 pada jurusan Teknik Mesin Universitas Muhammadiyah Surakarta. Sejauh saya ketahui bukan merupakan tiruan atau duplikasi dari skripsi yang sudah dipublikasikan dan pernah dipakai untuk mendapatkan gelar kesarjanaan di lingkungan Universitas Muhammadiyah Surakarta atau instansi manapun, kecuali sebagian sumber informasinya saya cantumkan sebagaimana mestinya. Surakarta, Oktober 2015 Yang Menyatakan Rizki Bimo Aji ii
iii
iv
v
HALAMAN MOTTO Sesungguhnya bersama kesulitan ada kemudahan. Maka apabila engkau telah selesai (dari suatu urusan), tetaplah bekerja keras (untuk urusan yang lain). dan hanya kepada Tuhanmulah engkau berharap (QS Al-insyiroh ayat 5-6) Barangsiapa bersungguh-sungguh pasti akan berhasil Raihlah ilmu, dan untuk meraih ilmu belajarlah untuk tenang dan sabar (Khalifah Umar) Jangan biarkan rasa takut gagal membuatmu berhenti untuk mencoba vi
STUDI PENGARUH PERLAKUAN PANAS TERHADAP STRUKTUR MIKRO DAN SIFAT MEKANIS BAJA SKD-11 YANG DIGUNAKAN PADA KOMPONEN STUD PIN WINDER Rizki Bimo Aji, Tri Widodo Besar R, Pramuko Ilmu P. Teknik Mesin Universitas Muhammadiyah Surakarta Jl. A. Yani Tromol Pos I Pabelan, Kartasura email : rizkibimoaji@gmail.com ABSTRAKSI Industri pembuatan benang, garmen dan tekstil di indonesia banyak menggunakan mesin-mesin pemintal benang buatan luar negeri. Sehingga bila ada kerusakan harus mendatangkankomponen-komponen mesin dari negara asal pembuat dan membutuhkan waktu yang lama dalam pengadaan barang serta menanggung biaya yang tinggi pula. Oleh karena itu industri dalam negeri membutuhkan ketersedian komponen tersebut, agar dalam proses perbaikan dan perawatan dapat dilakukan dengan cepat dan menekan biaya produksi. Pada penelitian ini dilakukan karakterisasi material bajaskd-11 melalui proses perlakuan panas dengan cara normalizing dan tempering. Dalam penelitian ini dilaksanakan dengan cara memanaskan material hingga temperatur austenit 1000 o C dengan waktu penahanan 2 jam dan didinginkan di udara terbuka. Kemudian dilakukan tempering dengan variasi temperatur 200 o C, 300 o C, 500 o C, 550 o C, 600 o C dengan waktu penahanan 1 jam. Kemudian dilakukan pengujian kekerasan, impak (ketangguhan), dan struktur mikro. Hasil dari pengujian menunjukkan nilai kekerasan tertinggi ada pada sampel baja SKD 11 dengan proses anneling yaitu sebesar 75,4 HRC dan terendah ada pada sampel baja SKD 11 dengan variasi temperatur tempering 550 o C sebesar 50 HRC, serta baja SKD 11 yang tidak mengalami proses perlakuan panas sebesar 36,19 HRC. Pada uji impact nilai ketangguhan stud pin original sebesar 1,76 J/mm 2, nilai ketangguhan tertinggi pada sampel material baja SKD 11 tanpa melalui proses perlakuan panas yaitu sebesar 0,14 J/mm 2 dan nilai ketangguhan terendah ada pada sampel material baja SKD 11 dengan variasi temperatur tempering 550 o C sebesar 0,05 J/mm 2. Berdasarkan studi lapangan bahwa stud pin patah karena gaya impact, maka baja SKD 11 tidak bisa menggantikan stud pin original. Kata kunci : Stud Pin,Heat Treatment, Baja SKD-11 vii
HALAMAN PERSEMBAHAN Dengan rasa syukur kehadirat Allah SWT, beserta Rasulnya, bangga, haru, serta bahagia yang mendalam setelah melewati berbagai cobaan, halangan maupun rintangan dalam perjuangan yang panjang, saya persembahkan tugas akhir ini kepada : 1. Ibu dan Alm. Bapak saya tercinta yang selalu mendoakan, memberi dukungan secara finansial, tenaga serta dorongan sepanjang waktu. 2. Seluruh keluarga besarku, terimakasih atas semua dukungan dan semangatnya yang selalu saya dengar setiap waktu. 3. Sanda Kharoma Suciana yang senantiasa selalu memberi dukungan, semangat, serta doanya dari awal sampai akhir. 4. Vian Gober, Mas Ari Arek, Shodiqin, Sudarsono, dan Amin yang selalu membantu dan memberi solusi dalam menyelesaikan proses tugas akhir. 5. Semua teman temanku Teknik Mesin Universitas Muhammadiyah Surakarta angkatan 2010 yang senantiasa memberi dukungan untuk menyelesaikan tugas akhir saya. 6. PT. Asia Pacific Fibers, terimakasih banyak telah memberikan kesempatan untuk membantu menyelesaikan penelitian tugas akhir saya sampai selesai. 7. Semua pihak yang secara langsung maupun tidak langsung terlibat dalam penyelesaian laporan tugas akhir ini. viii
KATA PENGANTAR Syukur Alhamdulillah, saya panjatkan kepada allah SWT atas segala rahmat dan nikmat-nya sehingga penyusunan laporan penelitian ini dapat terselesaikan. Tugas akhir berjudul STUDI PENGARUH PERLAKUAN PANAS TERHADAP STRUKTUR MIKRO DAN SIFAT MEKANIS BAJA SKD-11 YANG DIGUNAKAN PADA KOMPONEN STUD PIN WINDER dapat terselesaikan atas dukungan dari berbagai pihak. Untuk itu dalam kesempatan ini saya selaku penulis dengan segala hormat dan ketulusan hati ingin menyampaikan rasa terima kasih dan penghargaan sebesar besarnya kepada : 1. Bapak Ir. H. Sri Sunarjono, MT, Ph.D, selaku Dekan Fakultas Teknik Universitas Muhammadiyah Surakarta. 2. Bapak Tri Widodo Besar Riyadi, ST. M.Sc, Ph.D, selaku Dosen pembimbing I yang telah membimbing serta bersedia meluangkan waktunya untuk memberikan arahan dan penjelasan dalam penulisan Tugas Akhir ini. 3. Bapak Ir. Pramuko Ilmu Purboputro, MT, selaku Dosen pembimbing II yang telah bersedia memberikan bimbingan dan arahan dalam penyusunan Tugas Akhir ini 4. Bapak Ir. Bibit Sugito, MT, selaku Dosen penguji yang telah memberikan arahan dalam penyusunan Tugas Akhir. 5. Bapak Topo dan Bapak Eko, selaku Staf Tata Usaha Jurusan Teknik Mesin Universitas Muhammadiyah Surakarta yang membantu kelancaran Tugas Akhir. 6. Ibu dan Alm. Bapak tercinta yang selalu memberikan doa beserta dukungannya, perhatian serta kasih sayang yang begitu istimewa dan sangat luar biasa. 7. Teman teman angakatan 2010 yang bnyak memberikan motivasi dan semangat bagi penulis ix
8. Semua pihak yang tidak dapat saya sebutkan terimakasih atas dukungannya. Penulis menyadari bahwa laporan ini jauh dari kesempurnaan, oleh karena itu kritik dan saran bersifat membangun dari pembaca akan penulis terima dengan senang hati dan penulis ucapkan banyak terimakasih. Semoga semua amal baik yang diberikan semua pihak kepada penulis akan mendapat balasan yang lebih baik dan sempurna dari Allah SWT. Surakarta, Oktober 2015 Rizki Bimo Aji x
DAFTAR ISI HALAMAN JUDUL... i PERNYATAAN KEASLIAN TUGAS AKHIR... ii HALAMAN PERSETUJUAN... iii HALAMAN PENGESAHAN... iv LEMBAR SOAL TUGAS AKHIR... v HALAMAN MOTTO... vi ABSTRAKSI... vii HALAMAN PERSEMBAHAN... viii KATA PENGANTAR... ix DAFTAR ISI... xi DAFTAR GAMBAR... xiv DAFTAR TABEL... xvi BAB I PENDAHULUAN... 1 1.1. Latar Belakang... 1 1.2. Rumusan Masalah... 3 1.3. Batasan Masalah... 4 1.4. Tujuan Penelitian... 5 1.5. Manfaat Penelitian... 5 BAB II DASAR TEORI... 6 2.1. Tinjauan Pustaka... 6 2.2. Pengertian Baja... 8 2.2.1. Klasifikasi Baja Karbon... 9 2.2.2. Diagram Besi-Karbon... 11 2.2.3. Struktur Logam... 12 2.2.4. Diagram TTT... 14 2.2.5. Diagram CCT... 15 2.3. Unsur-unsur Paduan... 17 2.4. Proses Perlakuan Panas... 19 2.4.1. Annealing... 20 xi
2.4.2. Normalizing... 20 2.4.3. Tempering... 22 2.5. Pengujian Baja... 24 2.5.1. Struktur Mikro... 24 2.5.2. Uji Kekerasan... 25 2.5.3. Uji Impact... 27 BAB III METODE PENELITIAN... 31 3.1. Diagram Alir Penelitian... 31 3.1.1. Penjelasan Diagram Alir... 32 3.2. Bahan dan Alat... 33 3.2.1. Bahan... 33 3.2.2. Alat... 34 3.3. Prosedur Pengujian... 39 3.3.1. Pengujian Komposisi Kimia... 39 3.3.2. Perlakuan Panas... 40 3.3.3. Uji Impact... 41 3.3.4. Uji Struktrur Mikro... 41 3.3.5. Uji Kekerasan Rockwell... 42 3.4. Analisis Data... 43 BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN... 46 4.1. Pengujian Komposisi Kimia... 46 4.1.1. Komposisi Kimia Material Stud Pin Original... 46 4.1.2. Komposisi Kimia Baja SKD-11... 47 4.2. Pengamatan Struktur Mikro... 48 4.2.1. Struktur Mikro Stud Pin Original... 48 4.2.2. Struktur Mikro Baja SKD 11 Sebelum Perlakuan Panas... 49 4.2.3. Struktur Mikro Baja SKD 11 Mengalami Proses Anneling... 50 4.2.4. Struktur Mikro Baja SKD 11 setelah Perlakuan Panas... 51 xii
4.3. Pengujian Kekerasan... 55 4.3.1. Kekerasan Material Stud Pin Original... 55 4.3.2. Kekerasan Baja SKD-11... 56 4.4. Pengujian Impact... 58 4.5. Pembahasan... 60 BAB V PENUTUP... 61 5.1. Kesimpulan... 61 5.2. Saran... 62 DAFTAR PUSTAKA LAMPIRAN xiii
DAFTAR GAMBAR Gambar 2.1. Diagram Fe - Fe 3 C... 12 Gambar 2.2. diagram TTT untuk baja karbon 1%... 15 Gambar 2.3. Diagram CCT pada Baja SKD-11... 16 Gambar 2.4. Grafik lama pemanasan dengan tebal dinding benda kerja yang di hardening... 21 Gambar 2.5. Pengujian Rockwell... 25 Gambar 2.6. Prinsip Kerja Metode Pengukuran Kekerasan Rockwell. 26 Gambar 2.7. Alat Uji Impact Charpy... 29 Gambar 2.8. Macam Takikan Standart ASTM E 23... 30 Gambar 3.1. Diagram Alir Pengujian... 31 Gambar 3.2. Proses Perlakuan Panas Baja SKD-11... 33 Gambar 3.3. Digital Furnace... 35 Gambar 3.4. Spektrometer WAS... 36 Gambar 3.5. Alat Uji Impak Charpy... 37 Gambar 3.6. Mikroskop Metalografi... 38 Gambar 3.7. Alat Uji Kekerasan... 38 Gambar 3.8. Titik Pengambilan Uji Kekerasan... 43 Gambar 4.1. Struktur mikro baja paduan... 48 Gambar 4.2. Struktur Mikro Stud Pin Original pembesaran 100x... 49 Gambar 4.3. Struktur Mikro Baja SKD 11 Tanpa Mengalami Perlakuan Panas Pembesaran 500X... 50 Gambar 4.4. Struktur Mikro Baja SKD 11 mengalami proses Annealing Pembesaran 500X... 51 xiv
Gambar 4.5. Struktur Mikro Baja SKD 11 dengan Tempering 200 o C Pembesaran 500X... 52 Gambar 4.6. Gambar 4.7. Gambar 4.8. Gambar 4.9. Struktur mikro baja SKD 11 dengan tempering 200 o C (ASM Handbook Vol 9, 2004)... 52 Struktur Mikro Baja SKD 11 dengan Tempering 300 o C Pembesaran 500X... 53 Struktur Mikro Baja SKD 11 dengan Tempering 500 o C Pembesaran 500X... 54 Struktur Mikro Baja SKD 11 dengan Tempering 550 o C Pembesaran 500X... 54 Gambar 4.10. Struktur Mikro Baja SKD 11 dengan Tempering 600 o C Pembesaran 500X... 55 Gambar 4.11 Grafik Uji Kekerasan Rockwell dengan Perlakuan Panas... 57 Gambar 4.12 Grafik Uji Impact Dengan Perlakuan Panas... 59 xv
DAFTAR TABEL Tabel 2.1. Skala kekerasan Rockwell... 26 Tabel 3.1. Perbandingan Komposisi Kimia... 34 Tabel 3.2. Diskripsi pengambilan data... 44 Tabel 4.1. Komposisi kimia material stud pin Original... 46 Tabel 4.2. Komposisi Kimia baja SKD-11... 48 Tabel 4.3. Kekerasan material stud pin original... 56 Tabel 4.4. Hasil Pengujian Kekerasan Rockwell baja SKD-11... 56 Tabel 4.5. Hasil pengujian impact charpy baja SKD-11... 58 xvi